海底天然气水合物开采甲烷泄漏原位电学监测方法与装置制造方法及图纸

技术编号:15255370 阅读:193 留言:0更新日期:2017-05-02 22:55
本发明专利技术公开了一种海底天然气水合物开采甲烷泄漏原位电学监测方法,所述监测方法包括铺设监测电缆步骤,对海底断面的电位进行扫描测量步骤,计算海底断面的视电阻率步骤,采集站根据测量的海底断面每一层的电位数据,计算海底断面在该层的视电阻率分布;反演监测步骤,将所得视电阻率数据反演为电阻率数据,将海底断面各层的电阻率绘制输出电阻率剖面图,对海底沉积层中甲烷流态泄露或气态泄漏进行监测。所述监测装置包括监测电缆、采集站、电源模块、总控平台上位机。本发明专利技术的海底天然气水合物原位电学监测方法,只需一次监测电缆布设,因此节省人力物力成本,运行成本低;监测范围大,且本发明专利技术针对沉积层进行监测,监测超前性强,预警性强。

In situ electrical monitoring method and device for methane leakage of seabed gas hydrate

The invention discloses a method for in situ electrical monitoring of natural gas hydrate mining methane leakage, the monitoring method includes monitoring cable laying steps, scanning steps potential on the submarine section, the apparent resistivity calculation steps of submarine section, acquisition station according to the measured data of submarine section potential of each layer, the calculation of bed section the resistivity distribution of the inversion layer; the monitoring steps, the apparent resistivity data inversion of resistivity data, the resistivity of each layer of submarine section drawing output resistivity profiles of methane flow or gas leakage in sediment leakage monitoring. The monitoring device comprises a monitoring cable, a collecting station, a power supply module and a host computer of the master control platform. Natural gas hydrate by in situ electrical monitoring method of the invention, only one monitoring cable laying, thus saving manpower cost, low operation cost; the scope of monitoring, and the present invention is directed to a deposited layer of monitoring, monitoring of early warning in advance.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及海底天然气水合物开采监测领域,具体地说,是涉及一种海底天然气水合物开采甲烷泄漏原位电学监测方法与装置
技术介绍
天然气水合物开采所面临的主要环境风险为水合物分解所导致的海底沉积物稳定性问题以及大量甲烷气释放所导致的温室效应。对于海底沉积物稳定性问题,目前主要通过水压测量装置、时瞬地震装置、三分量加速度传感器等进行海底沉降监测;以集成式海床探针装置对表层沉积物的孔压、容重等土性指标进行长期监测;对于储层稳定性监测通常需要在生产井或监测井中布设分布式温度传感器DTS与电阻式温度传感器RTD,通过温度变化来对储层分解状态进行监测,而日本在水合物试采时也使用了四维地震法对沉积层结构变化进行定期监测。针对甲烷泄漏问题,目前主流的监测方式是将甲烷浓度传感器(METs等)、水平多波束声纳装置集成于座底式潜标,原位定点实时监测甲烷浓度变化,并且探测可能出现的大流量甲烷气体泄露,同时,在可能发生气体泄漏的位置布设气阱装置,监测该位置的气体泄漏率。除此之外,日本的四维地震监测装置,又称深海地震系统(Deep-seaSeismicSystem,DSS)也可做到对沉积层中甲烷泄漏情况的监测,DSS以生产井为中心长期固定布设于海床面,在海面定期布设二维、三维炮线进行数据采集,得到不同时期沉积层地震剖面信息,反演储层分解及甲烷泄漏情况。目前各国主要采取底层水甲烷浓度长期定点监测的手段来针对甲烷泄漏问题。只有日本的DSS可对甲烷在沉积层中的流态泄露或气态泄漏行为进行区域性监测,但DSS运行成本高昂,每次的监测数据获得需耗费大量人力物力。而海洋直流电法作为一种新兴的海底地球物理手段,有成本低廉,监测范围大,可针对沉积层内部进行无损监测的特点。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有海底天然气水合物监测方法成本高,或者不能针对沉积层中气体的泄漏情况进行监测,且监测范围相对较小的技术问题,提出了一种海底天然气水合物原位电学监测方法,可以解决上述问题。为了解决上述技术问题,本专利技术采用以下技术方案予以实现:一种海底天然气水合物开采甲烷泄漏原位电学监测方法,包括以下步骤:铺设监测电缆步骤,所述监测电缆以生产井为中心水平对称铺设在其两侧,所述监测电缆上布设有多个电极,所述监测电缆与采集站连接,所述采集站通过导线与电源模块连接;对海底断面的电位进行扫描测量步骤,其中,海底断面为海底沉积层的断面,包括:所述采集站从所述多个电极中选择部分电极作为工作电极,其余电极休眠,所述工作电极包括供电电极和测量电极,所述供电电极和测量电极分别为两个,相邻两电极之间的距离为一个电极距,两个供电电极之间的距离为供电电极距离,两个测量电极之间的距离为测量电极距离,供电电极距离和测量电极距离为一个电极距的整数倍;工作电极确定后,所述采集站控制电源模块为供电电极供电,并且控制测量电极返回其当前电位数据,完成单次数据点采集,保持供电电极距离和测量电极距离不变,重新选择工作电极,重复测量步骤,直至监测电缆上的每一电极均被至少一次选择做为过工作电极,完成对海底断面上其中一层电位数据的测量,该层距海底断面上表面的距离约为供电电极距离的1/6~1/2;其具体数值需结合实际应用中海底沉积层的地质背景等多种信息来综合给出;完成对海底断面上其中一层电位数据的测量后,采集站重新确定供电电极距离以及测量电极距离,并且以重新确定后的供电电极距离和测量电极距离选择工作电极,执行海底断面另外一层电位数据的测量,直至完成预设的海底断面所有层电位数据的测量;计算海底断面的视电阻率步骤,采集站将测量的海底断面每一层的电位数据及相应电流数据发送至总控平台上位机,计算海底断面在该层的视电阻率分布;反演监测步骤,所述总控平台上位机将所得视电阻率数据通过专业反演软件(RES等或自行开发)反演为真电阻率数据,将海底断面各层的电阻率绘制输出电阻率剖面图,利用海底断面的电阻率与孔隙水甲烷浓度及甲烷气饱和度的对应关系,根据海底断面的电阻率变化实现对海底沉积层甲烷流态泄露或气态泄漏的监测。进一步的,所述对海底断面的电位进行扫描测量步骤包括以下子步骤:以所述监测电缆的任一端为起始端,选择四个电极作为工作电极,其中两个工作电极为供电电极A与供电电极B,另外两个工作电极为测量电极M与测量电极N,工作电极之间通过海底沉积层构成电流回路,所述采集站控制电源模块为供电电极A与供电电极B供电,并且控制测量电极M与测量电极N返回其当前电位数据,完成单次数据点采集,将供电电极A、供电电极B、测量电极M与测量电极N同时向监测电缆的另外一端方向移动一个或者多个电极距,进行下一数据点采集,直到工作电极移动至监测电缆的另外一端,完成对海底断面上其中一层电位数据的测量;完成对海底断面上其中一层电位数据的测量后,将供电电极距离和测量电极距离增大一个或者多个电极距,重新以所述监测电缆的任一端为起始端,选择四个电极作为工作电极,并使得当前选择的供电电极距离和测量电极距离满足重新确定的值,重复测量步骤,直至完成预设的海底断面所有层电位数据的测量。进一步的,铺设监测电缆步骤中,使用水下机器人,以生产井为中心,在海底沉积层挖一条电缆沟,然后以水下机器人接触监测电缆非金属材料部分,并且控制水下机器人向监测电缆喷射水流的方式将监测电缆喷射至沟槽中。进一步的,各电极分别连接有一电极转换模块,各电极转换模块之间、电极转换模块与采集站之间通过监测电缆连接。进一步的,在反演监测步骤之后,还包括泄露报警步骤,利用海底断面不同位置电阻率与沉积层甲烷饱和度成正相关性,当海底沉积层的上覆土层中出现异常高阻时,判断为甲烷泄露并进行报警。基于上述的海底天然气水合物开采甲烷泄漏原位电学监测方法,本专利技术同时提出了一种海底天然气水合物开采甲烷泄漏原位电学监测装置,包括:监测电缆、采集站、电源模块、总控平台上位机,所述监测电缆上布设有多个电极,所述监测电缆与采集站连接,所述采集站通过导线与电源模块连接,所述采集站用于控制所述监测电缆上工作电极的工作状态,选择供电电极和测量电极,控制电源模块为供电电极供电;所述采集站接收所述总控平台上位机下发的控制指令进行工作,所述采集站同时具有高精度时钟,在脱离所述总控平台上位机时按照预先设定程序进行工作;所述测量电极采集当前电位数据,并反馈至所述采集站,将测量的海底断面每一层的电位数据发送至所述总控平台上位机;所述总控平台上位机生成用于控制所述采集站工作状态的控制指令,并发送至所述采集站,所述总控平台上位机还用于计算海底断面在该层的视电阻率分布,并且进行反演监测。进一步的,各电极分别连接有一电极转换模块,各电极转换模块之间、电极转换模块与采集站之间通过监测电缆连接。进一步的,所述电极转换模块包括依次连接的:接口单元,用于接收采集站发出的指令编码;译码单元,对接口单元接收的指令编码进行译码处理,并输出处理结果;指令检测单元,用于从所述译码单元中检测出控制指令并输出;控制驱动单元,接收所述指令检测单元输出的控制指令,控制与电极转换模块相连接电极的工作状态。进一步的,采集站包括下述各电路单元:主处理单元,用于生成控制电极工作状态的控制信号,并且接收电极转换模块发送的电位数据,所述主处理单元连接有高精度时钟单元,在脱离所述总控平台上位机时按照本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种海底天然气水合物开采甲烷泄漏原位电学监测方法,其特征在于,包括以下步骤:铺设监测电缆步骤,所述监测电缆以生产井为中心水平对称铺设在其两侧,所述监测电缆上布设有多个电极,所述监测电缆与采集站连接,所述采集站通过导线与电源模块连接;对海底断面的电位进行扫描测量步骤,其中,海底断面为海底沉积层的断面,包括:所述采集站从所述多个电极中选择部分电极作为工作电极,其余电极休眠,所述工作电极包括供电电极和测量电极,所述供电电极和测量电极分别为两个,相邻两电极之间的距离为一个电极距,两个供电电极之间的距离为供电电极距离,两个测量电极之间的距离为测量电极距离,供电电极距离和测量电极距离为一个电极距的整数倍;工作电极确定后,所述采集站控制电源模块为供电电极供电,并且控制测量电极返回其当前电位数据,完成单次数据点采集,保持供电电极距离和测量电极距离不变,重新选择工作电极,重复测量步骤,直至监测电缆上的每一电极均被至少一次选择做为过工作电极,完成对海底断面上其中一层电位数据的测量,该层距海底断面上表面的距离约为供电电极距离的1/6~1/2;完成对海底断面上其中一层电位数据的测量后,采集站重新确定供电电极距离以及测量电极距离,并且以重新确定后的供电电极距离和测量电极距离选择工作电极,执行海底断面另外一层电位数据的测量,直至完成预设的海底断面所有层电位数据的测量;计算海底断面的视电阻率步骤,采集站将测量的海底断面每一层的电位数据及电流数据发送至总控平台上位机,计算海底断面在该层的视电阻率分布;反演监测步骤,所述总控平台上位机将所得视电阻率数据反演为电阻率数据,将海底断面各层的电阻率绘制输出电阻率剖面图,利用海底断面的电阻率与海底沉积层孔隙水甲烷浓度及甲烷气饱和度的对应关系,根据海底断面的电阻率变化实现对海底沉积层甲烷流态泄露或气态泄漏的监测。...

【技术特征摘要】
1.一种海底天然气水合物开采甲烷泄漏原位电学监测方法,其特征在于,包括以下步骤:铺设监测电缆步骤,所述监测电缆以生产井为中心水平对称铺设在其两侧,所述监测电缆上布设有多个电极,所述监测电缆与采集站连接,所述采集站通过导线与电源模块连接;对海底断面的电位进行扫描测量步骤,其中,海底断面为海底沉积层的断面,包括:所述采集站从所述多个电极中选择部分电极作为工作电极,其余电极休眠,所述工作电极包括供电电极和测量电极,所述供电电极和测量电极分别为两个,相邻两电极之间的距离为一个电极距,两个供电电极之间的距离为供电电极距离,两个测量电极之间的距离为测量电极距离,供电电极距离和测量电极距离为一个电极距的整数倍;工作电极确定后,所述采集站控制电源模块为供电电极供电,并且控制测量电极返回其当前电位数据,完成单次数据点采集,保持供电电极距离和测量电极距离不变,重新选择工作电极,重复测量步骤,直至监测电缆上的每一电极均被至少一次选择做为过工作电极,完成对海底断面上其中一层电位数据的测量,该层距海底断面上表面的距离约为供电电极距离的1/6~1/2;完成对海底断面上其中一层电位数据的测量后,采集站重新确定供电电极距离以及测量电极距离,并且以重新确定后的供电电极距离和测量电极距离选择工作电极,执行海底断面另外一层电位数据的测量,直至完成预设的海底断面所有层电位数据的测量;计算海底断面的视电阻率步骤,采集站将测量的海底断面每一层的电位数据及电流数据发送至总控平台上位机,计算海底断面在该层的视电阻率分布;反演监测步骤,所述总控平台上位机将所得视电阻率数据反演为电阻率数据,将海底断面各层的电阻率绘制输出电阻率剖面图,利用海底断面的电阻率与海底沉积层孔隙水甲烷浓度及甲烷气饱和度的对应关系,根据海底断面的电阻率变化实现对海底沉积层甲烷流态泄露或气态泄漏的监测。2.根据权利要求1所述的监测方法,其特征在于,所述对海底断面的电位进行扫描测量步骤包括以下子步骤:以所述监测电缆的任一端为起始端,选择四个电极作为工作电极,其中两个工作电极为供电电极A与供电电极B,另外两个工作电极为测量电极M与测量电极N,工作电极之间通过海底沉积层构成电流回路,所述采集站控制电源模块为供电电极A与供电电极B供电,并且控制测量电极M与测量电极N返回其当前电位数据,完成单次数据点采集,将供电电极A、供电电极B、测量电极M与测量电极N同时向监测电缆的另外一端方向移动一个或者多个电极距,进行下一数据点采集,直到工作电极移动至监测电缆的另外一端,完成对海底断面上其中一层电位数据的测量;完成对海底断面上其中一层电位数据的测量后,将供电电极距离和测量电极距离增大一个或者多个电极距,重新以所述监测电缆的任一端为起始端,选择四个电极作为工作电极,并使得当前选择的供电电极距离和测量电极距离满足重新确定的值,重复测量步骤,直至完成预设的海底断面所有层电位数据的测量。3.根据权利要求2所述的监测方法,其特征在于,铺设监测电缆步骤中,使用...

【专利技术属性】
技术研发人员:郭秀军吴景鑫
申请(专利权)人:中国海洋大学
类型:发明
国别省市:山东;37

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